高压大功率脉冲电源的设计

滑动,则A点分压值降低,小于比较器ICl同相输入端的2.5V基准电压,输出高电平。由于电容C49的存在,调压模块输出电压缓慢升高,输出电压升高。同时A点电位随之升高,由负反馈作用A点电位最终动态平衡于2.5V基准电压。这样,保证了输入控制电压稳定,控制更加精确。调低输出电压过程与上述过程相反。

本电路的一大特色的引入了同轴电位器,其用意是为了使输出电压纹波减小。当用户调低输出电压时,若半桥逆变电路的输入电压没有相应的减小,很容易出现系统输出电压纹波过大的现象。若半桥逆变电路的输入电压不随之下降,SG3525输出触发脉冲宽度将明显减小,进而变压器副边绕组输出电压脉冲宽度明显变窄,纹波增大。为此,在调压电路中增设同轴电位器。当需要调低输出电压时,向下滑动同轴端,A点电位升高,经比较器ICl后,单相交流调压模块的控制端电压随之降低,即输入电压降低,保证变压器副边绕组输出脉冲脉宽基本保持不变,有效减小输出电压纹波。 3.2.5驱动电路

驱动电路是电力电子主电路与控制电路之间的接口,是电力电子装置的重要环节,对整个装置的性能有很大的影响[14-15]。采用性能良好的驱动电路,可使电力电子器件工作在较理想的开关状态,缩短开关时间,减小开关损耗,对装置的运行效率、可靠性和安全性都有很重要的意义。本系统采用双端全隔离型驱动电路,如图3.9所示。

从SG3525驱动输出端输出幅值约为15V的方波电压,经过耦合电容C34后,直接加在驱动变压器两端,电阻R31及R32是用来抑制寄生振荡的,而电阻R33与R34是用来加速场效应管关断的。

综上所述,本系统所采取的驱动电路开关频率高、驱动功率大、结构简单且工作稳定可靠,保证功率级与控制级安全隔离。

一般的驱动电路还可以采用光耦隔离,使桥臂分别导通。但是光耦隔离最大的问题在于:如果某一个光耦驱动出现故障坏掉,那么此通路可能将一直保持高电平的通路状态,不会使场效应管关断,那么这将导致同一桥臂的两个管子同时导通,这是十分危险,也是万万不能的。如果采用变压器隔离驱动的形式控制场效应管的导通和关断,绝对不会出现两个开关管同时导通的现象。如果驱动出现故障,

最坏的情况就是两个管子都保持关断的状态,通过以上的考虑,所以没有采用光耦驱动。

图3.9驱动电路

图3.9中也包括变压器初级绕组的吸收电路[16-18]。开关稳压电源中的最高的反冲电压,是在开关管截止时产生的,这个很高的反冲电压就产生在开关变压器初级绕组的两端,同时也加在功率场效应管漏极和源极之间,这样就对开关管是一个很大的威胁,为了消除或减少这种威胁,将吸收电路加在开关变压器初级绕组的两端,这样就保证了开关管的安全,也保证了电路的安全。

图3.9中采用的是电容器c36和电阻R35串联后,与初级绕组两端并联,其目的是为了使高频自由振荡变成低频自由振荡,自由振荡频率低了,那么向外辐射的干扰就会降低很多。当开关管截止时,由于在初级绕组两端并联了比分布电容大得多的电容C36(一般在几百~几千pF),结果使其自由振荡频率降低了,又由于在电路中串联了消耗能量的电阻R35(一般在几百~几千Q),所以使振荡很快衰减下去。 3.2.6倍压整流电路

一般的高压电源均采用变压器进行升压,但容易增大电源设备体积。为了使设备小型化,本系统采用了倍压电路升压。倍压电路具有升压变压器的作用,并且不使用滤波电容。倍压整流电路的作用是,不仅可以将交流电换成直流电(整流),而且能够在一定的变压器副边电压之下,得到高出若干倍的直流电压(倍压)。只要倍压电路中使用电容的总体积不是很大,就可以减小整个电源设备的体积[19-24]。

图3.10普通倍压电路

图3.10所示为普通的多倍压电路,以正弦波输入为例。U2为正半周,电源电压通过VD3l将电容C37充电到√2U2,然后在负半周时(如图3.10(c)),VD32导通,此时电容C37上的电压Uc37与U,的极性一致,它们共

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